農村電網用電量的分布式配電工程線路規劃算法

國網四川省電力公司富順縣供電分公司 幸健生

農村配電網引入分布式發電后，由于分布式配電網的配電線路較長，結構復雜，因此急需設計一種線路規劃算法來解決。傳統的方法往往沒有考慮DG的并網問題，因此，應在此基礎上進行改進。在利用初級DG節點模型計算功率變化時，存在近似計算的現象，降低了算法收斂性，計算效率得不到保障。因此，本文提出了一種適用于分布式發電的農村配電線路規劃算法。

1 基于電網用電的分布式配電工程線路規劃算法設計

1.1 考慮農村電網設計純輻射式配電網絡

對農村電網的用電量進行調查發現其配電網絡是由一種特殊的電源支持的，即輻射式單電源供電，設該輻射性電源在供電時含有N個節點，則其回路數m=0，支路數b=N－1，不管是回路還是支路都是獨立的，本文在基礎的農村配電網上引入了環網，設本文引入的環網個數為nLP = b－N+1，此時任意一個配電網的負荷都可以用Si來表示，其中i代表配電網絡的節點，此時的Si可以用公式(1)來計算。

式中，*代表共軛，Pi代表配電數值，j代表支路差值，Qi代表初始負荷，代表額定電壓，Ii*代表矢量電流。此時，將該公式迭代需要提前注入額定電流，根據此時的節點值i，其注入電流可以用(2)表達。

式中，Vik－1代表此時節點在k－1次時的迭代電壓數值。因此，計算出此時的電網呈輻射式，此時的電網中不含有環路，基于此，本文利用n×n電流矩陣來關聯此時電流與節點注入的關系，設該矩陣為C，將支路中形成的各項節點加入到該矩陣中，此時的C節點可以看成各項支路中節點的集合，如果各個節點在聚集的路上面臨不同的路徑，可以設此時j支路的節點為i，此時的節點集合C可以用C(i,j)=1表示，而如果各個節點的路徑相同則C(i,j)=0。則此時的配電網絡如圖1所示。

圖1 配電網絡

由圖1可知，此時配電網中的關聯矩陣的出發點為根節點，在出發前需要對其進行初步處理，即將其利用深度優先搜索算法進行變換，此時節點與支路的編號相同。此時的支路電流可以用IB1、IB2、IB5來表示，節點與這些支路電流的關系可以用下式表示。

式中，IN1、IN2…IN5代表此時各個節點的電流值。此時將各個節點注入到支路電流中，得到此時的關系矩陣。

根據矩陣(6)可以得出此時的注入電流與支路電流表達式如(7)所示。

其中，IN代表此時各個節點的n×1電流值，IB代表n×1的支路電流，將其與各個支路的節點對應，可以得出此時的純輻射式配電網絡ΔV如下式。

配電網絡(8)中，E代表電源電壓，V代表節點電壓，需要依據該配電網絡搭建弱環配電網。

1.2 搭建弱環配電網

檢測此時的配電工程是否含有環路，若此時含有環路，則需要利用上文的公式轉化成純輻射式配電網絡，此過程稱為解環，解環后的配電網如圖2所示。

圖2 配電網解環

由圖2可知，若此時在配電網解環中存在負荷，則需要將此時存在的負荷消除，本算法采用電流補償消除算法來輔助解環，第一步，將整個配電網的末端連接節點斷開；第二步，在末端斷開處生成新節點6；第三步，將新節點通過阻抗電路與4連接；最后一步在5，6處注入等效電流，此時形成的解環支路矩陣用公式(9)表示。

由新生成的關聯矩陣C通過公式(4)～(7)可以求出解環后的各支路電流、支路電壓，根據等效定理可求出解環后第k次迭代的斷點補償電流變化量，然后更新斷點等效注入電流，此時搭建的弱環配電網ΔI如(10)所示。

Z代表矩陣阻抗，在每次迭代過程中，可以根據新的節點電壓值求得開路電壓，根據該配電網可以建立此時的分布式電源模型。束，輸出相關結果。

2 算例分析

為了檢驗本文設計的算法的規劃性能，進行了算例分析，搭建了基準功率為10MVA的檢測系統，將牛頓法(a)、快速解耦法(b)、以支路電流為狀態變量的前推回代法(c)、回路分析法(d)與本文設計的算法(e)進行對比。

2.1 實驗準備

首先斷開聯絡線，經過檢測，幾種方法的節點電壓如表1所示。

由表1可知，此時各種方法的電壓值都比較穩定，在PV型和DG型的基礎上，數據顯示回路對電壓有升壓作用，回路閉合后改變電壓方向可以改善系統的電壓分布。

表1 幾種方法的節點電壓

2.2 實驗結果與討論

根據上述的電壓數值，將幾種算法接入到穩定的配電網中，記

1.3 設計分布式電源模型

在配電網潮流計算中，分布式電源一般可以看作是PQ或PV節點。由于PQ型分布式電源的P、Q為常數值，因此需要在計算負荷的情況下設計此時的分布式電源模型，如(11)所示。

在公式(11)中，由于兩種類型的模型都面臨閾值范圍，因此在實際分布時，需要預先設計分布式電源的上限和下限。

1.4 實現分布式配電工程線路規劃計算

分布式配電工程線路規劃計算步驟如下，第一步，根據網絡拓撲，生成關聯矩陣、阻抗矩陣以及開環阻抗矩陣和弱環網。第二步，記錄此時的初始化電壓數值。第三步，根據此時的節點電流數值，計算PQ和DG節點在每次迭代時需要更新的數值。第四步，計算環網開環處的電壓差，根據式(9)、(10)修正斷點電流，對于連續值，根據式(11)修正其兩端節點注入電流。第五步，根據式(4)計算出支路電流得到各支路電壓。第六步，根據式(6)計算各節點與根節點的電壓差。第七步，計算非PV型節點相鄰2次迭代的電壓誤差，判斷PV節點電壓的收斂精度，若電壓誤差在精度范圍內，轉到步驟(8)，否則重復步驟(3)~(6)。最后一步，計算結錄幾種算法迭代的次數，實驗結果如下表2所示。

表2 實驗結果

由表2可知，本文設計的算法迭代次數最少，因此準確性和效率都最高。

結束語：本文根據配電網拓撲的特點，提出了一個矩陣來求解支路電流與節點的注入關系。引入改進的算法來處理配電網中的環路，經過算例分析可知，該算法迭代次數少，具有計算速度快、收斂性強的特點，可以起到提高節點電壓的作用，隨著分布式電源和環網數量的增加，PV型的升壓效果更好，為優化分布式電源配置提供了參考。